Разработка системы сбора полетных данных беспилотного летательного аппарата

Язык труда и переводы:
УДК:
621.38
Дата публикации:
22 января 2022, 22:03
Категория:
Секция 02. Летательные аппараты. Проектирование и конструкция
Авторы
Эспиноса Барсенас Оскар Улисес
Самарский университет
Аннотация:
Представлена разработка системы сбора полетных параметров для беспилотного летательного аппарата самолетного типа. Беспилотный летательный аппарат изготовлен и запрограммирован с нуля. Система состоит из микроконтроллера, модуля microSD ряда датчиков для измерения основных параметров полета. Проведены испытания системы в реальном полете. Сделан вывод, что получена система, позволяющая определять основные летные параметры беспилотного летательного аппарата, производить их обработку и выполнять запись на внешний носитель.
Ключевые слова:
беспилотные летательные аппараты, микроконтроллер, датчики, летные испытания, система сбора полетных данных
Основной текст труда

С течением времени разрабатываются новые технологии, которые отрывают перед человеком новые возможности и облегчают его хозяйственную деятельность. К таковым технологиям можно отнести и беспилотные системы в авиации. На сегодняшний день существуют беспилотные летательные аппараты (БПЛА) самого разного назначения, включая миссии по поиску и спасению, наблюдению, проведению мероприятий, направленных на сбор геологических данных и многое другое [1–3]. Одним из интересных примеров является задача доставки беспилотного вертолета Ingenuity на Марс для исследования его поверхности в рамках программы Mars 2020. Как для самого летательного аппарата (ЛА), так и для средства его доставки на другую планету необходима разработка сложной системы автоматического управления, надежная и точная работа которой может быть обеспечена хорошей системой сбора и обработки полетных параметров. Собранные данные обрабатываются закрытой системой управления (полетным контроллером), вычисляющей управляющие сигналы обратной связи для исполнительных приводов органов управления ЛА [1, 4].

Цель работы — создать систему определения полетных параметров БПЛА во время полета, необходимых для формирования сигналов обратной связи на управляющие поверхности ЛА, а также определения аэродинамических характеристик БПЛА в реальном времени для расчета оптимальных режимов полета в каждый момент времени в зависимости от полетной ситуации. К полетным параметрам, подлежащим определению в каждый момент времени, относятся: скорость и высота полета, угловое пространственное и географическое положения ЛА, величина перегрузки, величина потребляемой силовой установкой мощности, углы отклонения рулевых поверхностей.

За определение каждого из перечисленных параметров отвечает соответствующий датчик. Сбор, обработка показаний датчиков, а также их запись на внешний носитель информации microSD для их послеполетного анализа выполняется микроконтроллером ARM-Cortex M7 (32-bit ARM; 64 KB Flash), установленным на плате STM32F103C8. Программное обеспечение микроконтроллера функционирует на языке С.

Особое внимание было уделено работе датчика пространственного положения: была разработана программа пересчета данных углового пространственного положения БПЛА из кватернионов в углы Эйлера с целью предотвращения эффекта «складывания рамок» в случае прямого получения данных с датчика по умолчанию в углах Эйлера [1].

В результате работы получена система, позволяющая определять основные летные параметры БПЛА, производить их обработку и выполнять запись на внешний носитель. Выполнены летные испытания системы, в течение которых были получены перегрузка, угловое пространственное положение БПЛА, высота полета и скороподъемность. БПЛА, на котором выполнялись летные испытания, является самолетного типа малой размерности нормальной аэродинамической схемы с одним электрическим двигателем. Проведено экспериментальное определение зависимости тяги воздушного винта в зависимости от потребляемой двигателем мощности и величины набегающего в аэродинамической трубе.

Дальнейшие работы по совершенствованию системы заключаются во внедрении фильтров в алгоритмы обработки получаемых с датчиков, данных с целью уменьшения погрешностей и ошибок измерения, а также в повышении быстродействия системы.

 

Литература
  1. Randal W.B., Timothy W.M. Small unmanned aircraft theory and practice. Princeton university press, 2012. 317 p.
  2. Adepoju O. Drone/Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) Technology // Springer Tracts in Civil Engineering. 2022. Pp. 65–89. DOI: 10.1007/978-3-030-85973-2_4
  3. Alroobaea R. Building a Conceptual Model for the Acceptance of Drones in Saudi Arabia // Lecture Notes in Networks and Systems. 2022. Vol. 236. Pp. 701–710. DOI: 10.1007/978-981-16-2380-6_61
  4. McDade T.M. Advances in flight data acquisition and management systems // 17th DASC. AIAA/IEEE/SAE. Digital Avionics Systems Conference. Proceedings. 1998. Vol. 2. Pp. F12/1-F12/8. DOI: 10.1109/DASC.1998.739810
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.